From mechanism to application: Decrypting light‐regulated denitrifying microbiome through geometric deep learning

微生物群 反硝化细菌 计算生物学 生物 机制(生物学) 合成生物学 反硝化 生化工程 生物信息学 化学 工程类 认识论 哲学 有机化学 氮气
作者
Yang Liao,J. Zhao,Jiyong Bian,Ziwei Zhang,Siqi Xu,Yijian Qin,Shiyu Miao,Rui Li,Ruiping Liu,Meng Zhang,Wenwu Zhu,Huijuan Liu,Jiuhui Qu
出处
期刊:iMeta [Wiley]
卷期号:3 (1): e162-e162 被引量:4
标识
DOI:10.1002/imt2.162
摘要

Abstract Regulation on denitrifying microbiomes is crucial for sustainable industrial biotechnology and ecological nitrogen cycling. The holistic genetic profiles of microbiomes can be provided by meta‐omics. However, precise decryption and further applications of highly complex microbiomes and corresponding meta‐omics data sets remain great challenges. Here, we combined optogenetics and geometric deep learning to form a discover–model–learn–advance (DMLA) cycle for denitrification microbiome encryption and regulation. Graph neural networks (GNNs) exhibited superior performance in integrating biological knowledge and identifying coexpression gene panels, which could be utilized to predict unknown phenotypes, elucidate molecular biology mechanisms, and advance biotechnologies. Through the DMLA cycle, we discovered the wavelength‐divergent secretion system and nitrate‐superoxide coregulation, realizing increasing extracellular protein production by 83.8% and facilitating nitrate removal with 99.9% enhancement. Our study showcased the potential of GNNs‐empowered optogenetic approaches for regulating denitrification and accelerating the mechanistic discovery of microbiomes for in‐depth research and versatile applications.
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